基于虛擬現(xiàn)實的古建筑建模技術(shù)的深入研究

陳 娜（蘭州工業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

過去幾年里建筑三維動畫圖已得到普遍應(yīng)用，更加清楚的表現(xiàn)出建筑的結(jié)構(gòu)。但這種三維動畫也存在弊端，后來發(fā)展形成虛擬現(xiàn)實的建筑建模技術(shù)，這也就是現(xiàn)在現(xiàn)實可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)。這項技術(shù)由虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中計算機(jī)生成的，利用現(xiàn)在技術(shù)實現(xiàn)在虛擬的環(huán)境中能夠得到視、聽、觸覺等感受，形成了一個虛擬的空間，客戶能夠體會到身處虛擬環(huán)境的真實體驗。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)現(xiàn)狀及特征

1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的現(xiàn)狀

首先筆者對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念進(jìn)行分析：虛擬現(xiàn)實技術(shù)，一項實現(xiàn)人和機(jī)器交流的技術(shù)，它形象的模仿，逼真的仿真效果和感知行為，這么抽象、復(fù)雜的幻想?yún)s在計算機(jī)數(shù)據(jù)空間得到了真實的呈現(xiàn)。它融合計算機(jī)生成的交互形成了三維環(huán)境俗稱三維模擬。目前的虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的狀況來看，現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)完全融合了計算機(jī)技術(shù)，在計算機(jī)技術(shù)下形成圖像，得到信息的傳輸?shù)?，它已?jīng)形成了一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科。它已經(jīng)形成了全面的應(yīng)用，如虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用在現(xiàn)在的軍事領(lǐng)域的模擬實戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)模擬，虛擬空間的戰(zhàn)機(jī)模擬，還有飛機(jī)、船舶、車輛虛擬現(xiàn)實駕駛訓(xùn)練，甚至運(yùn)用到虛擬制造中去，如系統(tǒng)的虛擬設(shè)計等[1]。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是目前發(fā)現(xiàn)的新領(lǐng)域研究，這項技術(shù)不僅僅實現(xiàn)了人和機(jī)器的交流互動的形成，而且形成了智能化的發(fā)展趨勢，為智能工程帶來了新的發(fā)展方向，提供了新的空間發(fā)展工具。虛擬現(xiàn)實技術(shù)為過去無法直接觀察的事物運(yùn)動變化，提供了技術(shù)支持，實現(xiàn)了虛擬情景模擬。同時這項技術(shù)為各種無法實現(xiàn)的訓(xùn)練培訓(xùn)創(chuàng)造了模擬環(huán)境，打破了傳統(tǒng)的技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)字媒體領(lǐng)域的飛躍，在相關(guān)領(lǐng)域如影視、娛樂等創(chuàng)造了一種全新的感受，這種感受具有極強(qiáng)的真實性，這種新技術(shù)更具有刺激性和真實感。這種虛擬現(xiàn)實的實現(xiàn)是人類科技的重要突破，為人類的生存發(fā)展帶來了全新的挑戰(zhàn)，也給這個時代帶來了數(shù)字媒體的創(chuàng)新。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三維虛擬場景建模技術(shù)的分析

2.1 利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建復(fù)雜建筑三維模型

目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，能用于建模的軟件不在少數(shù)，但用軟件做出比較復(fù)雜的建筑物也是十分不容易的。中國的古建筑大多采用木質(zhì)結(jié)構(gòu)，而木制結(jié)構(gòu)形式多樣，比較復(fù)雜，制作十分精細(xì)。用軟件進(jìn)行編輯渲染時十分緩慢，所以如何做出精密的圖形成了首要問題。

2.2 計算機(jī)及顯示設(shè)備等硬件不夠先進(jìn)

在數(shù)據(jù)的存儲方面:有容量小、速度慢等問題，而顯示方面:設(shè)備不僅造價高昂且效果不盡人意。例如清晰度不夠，使用方式繁瑣，與理想目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。

2.3 大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}

虛擬現(xiàn)實技術(shù)要與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合才有出路，因為互聯(lián)網(wǎng)可以集思廣益。但是由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)會占有極大的存儲空間，在網(wǎng)速比較慢的大環(huán)境下，數(shù)據(jù)傳輸十分不便。網(wǎng)絡(luò)是一方面，但是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的繁雜才是問題的根源，應(yīng)盡快找出解決方法。虛擬場景的建設(shè)也是必不可少的一環(huán)，這是為客戶展示直觀體驗最直接的平臺，所以應(yīng)加大研發(fā)力度。

3 虛擬現(xiàn)實的古建筑建模的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 利用數(shù)學(xué)原理對古建筑進(jìn)行模型建立

古建筑建造復(fù)雜，但其也是由一個個數(shù)學(xué)模型組合起來的，只要提取到這些關(guān)鍵因素，就可以在計算機(jī)設(shè)備上直觀的顯示出來。同時由于數(shù)學(xué)模型簡潔易操作，精度高，空間占用率小，可以節(jié)約內(nèi)存空間，在實際應(yīng)用中比圖畫更有優(yōu)勢。但需要更直觀的顯示時，就需要實例化技術(shù)參與了。

3.2 利用紋理映射技術(shù)優(yōu)化古建筑表面

紋理映射技術(shù)就是把建筑物表面的實際情況投放到初級建成的建筑物模型上，其有很多優(yōu)勢:1增加細(xì)節(jié)的豐富程度，對細(xì)小部分更直觀的表示。2由于細(xì)節(jié)增加，三維效果更好。3紋理的增加使其在圖形具有更好的顯示效果，不至于因為過多的圖形造成刷新困難。同時，在現(xiàn)在發(fā)展的基礎(chǔ)上，將來會有更高的要求。例如用PS技術(shù)做出精美的圖形，3D MAX做出更好的3D效果。

4 虛擬現(xiàn)實的古建筑建模技術(shù)的應(yīng)用及優(yōu)勢

4.1 虛擬模型應(yīng)用

根據(jù)相關(guān)古建筑采集來的相關(guān)圖片和相關(guān)技術(shù)為研究參數(shù)，首先制作出三維模型的基本模擬，根據(jù)三維軟件對做出的模擬建模進(jìn)行分解，可以從建筑的構(gòu)成上來制作，例如：建筑遠(yuǎn)看的模型，近看模型，以及周圍事物、地面狀況等，運(yùn)用相關(guān)的建筑技術(shù)對地形制作需要有相應(yīng)的等高線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對虛擬模型設(shè)計盡可能的實現(xiàn)逼真的場景，這就形成了虛擬模型的技術(shù)應(yīng)用。但也能看出采集資料方面技術(shù)難度更高。

4.2 虛擬場景的互動應(yīng)用

要實現(xiàn)虛擬場景的互動設(shè)計的應(yīng)用，先要收集完整的建筑建模和現(xiàn)場數(shù)據(jù)，這樣才能形成虛擬模型，最終要實現(xiàn)真正的互動要求，就要在相關(guān)的系統(tǒng)中極強(qiáng)控制，在系統(tǒng)中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實編輯軟件來完成控制。把建筑模型導(dǎo)入虛擬場景之中就可以進(jìn)行數(shù)字化技術(shù)的運(yùn)用，使場景完成在用戶的視野下的變化和轉(zhuǎn)換，這個過程實現(xiàn)了客戶在虛擬的環(huán)境中對現(xiàn)實系統(tǒng)中感受到的體會，這種體會具有真實性、互動性以及強(qiáng)烈的沉浸感。

4.3 改善設(shè)計的優(yōu)勢

建筑設(shè)計是一門具有科學(xué)性、嚴(yán)肅性的藝術(shù)，在建筑設(shè)計過程中，要經(jīng)過無數(shù)次的技術(shù)進(jìn)行分析，不斷的進(jìn)行技術(shù)論證來保證設(shè)計的可行性，在設(shè)計上要想不斷創(chuàng)新，就要在過去的基礎(chǔ)上不斷做出改變和創(chuàng)新，這樣才能保證設(shè)計出來的建筑能夠歷經(jīng)時間的考驗，成為使用者信賴的設(shè)計，這樣就能避免出現(xiàn)設(shè)計問題的出現(xiàn)。在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的運(yùn)用中可以更加方便的方式來提高建筑師的質(zhì)量[2]。建筑師采用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，進(jìn)行檢測能夠更加方便、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計中的問題，而且虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還能模擬出不同的解決問題的方案，這樣的優(yōu)勢極大的降低了成本，而且保障了設(shè)計。

4.4 激發(fā)靈感的優(yōu)勢

從虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)改善了設(shè)計的優(yōu)勢來看，它能夠降低成本，并且保證質(zhì)量，那么所提供的多種解決方案，就極大地拓展了建筑設(shè)計師的想象空間。并有利于建筑師對其作品進(jìn)行改變、完善、創(chuàng)新，它為建筑師提供了更多的設(shè)計靈感，更能促進(jìn)建筑的藝術(shù)性的創(chuàng)造。

5 結(jié) 語

基于虛擬現(xiàn)實的古建筑建模技術(shù)的深入研究，可以發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)生給我們的生活帶來了巨大的變化，它創(chuàng)造了具有交互作用的虛擬世界的形成，而且隨著技術(shù)的成熟，人機(jī)交互變的更加形象和逼真，這也推進(jìn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展。近年來，人類對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用更加重視，相信未來它將為人類帶來更寬闊的發(fā)展前景，人類對它的發(fā)展充滿了期待。

[1]張盼興，楊書哲.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三維景觀設(shè)計與實現(xiàn)[J].適用技術(shù)之窗，2010，(8)：92-94.

[2]虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用-吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報，2010，27(3)：2.